色素に関する次の記述の ㋐ 〜 ㋓ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。

「色素は可視光線を吸収し、固有の色相を示す化合物である。図のような吸収を示す染料 A 及び B があり、これらの発色の元となるのが r → r＊ 遷移によるものとすると、r → r＊遷移のエネルギー差は、A より B の方が㋐と考えられる。また、A を用いて染色したものの色は㋑、B を用いて染色したものの色は㋒であり、A とB を等量用いて染色したものの色は㋓となる。なお、光の波長と色及びその色の補色の関係は表のとおりである。」

㋐　㋑　㋒　㋓
1．小さい　　赤色　　黄色　　赤紫色
2．小さい　　黄色　　青色　　緑　色
3．大きい　　黄色　　青色　　赤紫色
4．大きい　　青色　　赤色　　赤紫色
5．大きい　　青色　　黄色　　緑　色

　解 説　　　　　

B の方が吸収光の波長が短い→吸収光のエネルギーが大きい→エネルギー差が大きい　と判断できます。㋐ は「大きい」です。正解は 3 ~ 5 です。

㋑、㋒ ですが、吸収する光の波長と対応する色の補色が、染料の色です。A は 650 nm 付近なので、光の色が赤です。よって、染料の色は青緑色と考えられます。同様に、B は 450 nm 付近なので、光の色が青です。よって、染料の色は黄色です。㋑ が「青色」、㋒ が「黄色」です。

㋓ ですが
青色と黄色の等量混合なので、緑色になります。

以上より、正解は 5 です。

誘電物質に関する次の記述の㋐〜㋓に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。

「BaTiO3 などペロブスカイト型構造をとる物質には、ある温度以上では、対称構造をとり、電荷が中和されているが、それ以下では、陽イオン、陰イオンが対称からずれた位置を占めるものがある。この場合、正電荷の重心と負電荷の重心が一致せず、外部からの電場の作用なしでも分極する。これを自発分極という。

自発分極をもち、その分極の方向を外部電場で変えることができる物質を㋐という。㋐は、その自発分極の方向に伸縮させると、分極が小さくなったり大きくなったりする。このような性質を㋑という。これを利用しているものに、ガスレンジの点火装置や、超音波洗浄機の振動子、超音波診断装置などがある。

また、 ㋐は、加熱・冷却による熱膨張・熱収縮などによっても分極が変化する。このような性質を ㋒ という。これを利用しているものに、人体識別センサ、赤外線方式の防犯センサなどがある。㋒ をもつ物質の ㋓ が ㋑ を示す。」

㋐　㋑　㋒　㋓
1．強誘電体　圧電性　　　焦電性　　全て
2．強誘電体　圧電性　　　焦電性　　一部
3．強誘電体　焦電性　　　圧電性　　全て
4．焦電体　　強誘電性　　圧電性　　全て
5．焦電体　　強誘電性　　圧電性　　一部

　解 説　　　　　

㋐～㋒ ですが
自発分極をもち、その分極の方向を外部電場で変えることができる物質は、「強誘電体」です。強誘電体は、自発分極方向に伸縮させると、分極が変化します。この性質を「圧電性」といいます。「焦電体」とは、温度変化により誘電体の分極（表面電荷）が変化する物質です。代表例は、チタン酸ジルコン酸鉛 です。正解は 1 or 2 です。

㋓ ですが
焦電体は、圧電効果を示します。つまり、焦電体であれば、圧電性を有します。㋓は「全て」です。

以上より、正解は 1 です。

原料 A を反応させて製品 B を製造する反応 A → B を、図 Ⅰ 及び図 Ⅱ のリサイクルシステムⅠ、Ⅱで行う。反応器の反応率はいずれも 60 ％ であり，原料として A のみを 120 mol・h^-1供給し、製品 B を120 mol・h^-1 製造する。

システムが定常状態で稼働しているとき、Ⅰ、Ⅱそれぞれのシステムにおける分離器の処理量（分離器入り口での流量）の組合せとして最も妥当なのはどれか。ただし、副生成物の生成はなく、分離器では未反応原料 A が製品 B と完全に分離されリサイクルされるものとする。

　　Ⅰ　Ⅱ
1． 120 mol・h^-1　　200 mol・h^-1
2． 200 mol・h^-1　　200 mol・h^-1
3． 200 mol・h^-1　　320 mol・h^-1
4． 240 mol・h^-1　　240 mol・h^-1
5． 240 mol・h^-1　　320 mol・h^-1

　解 説　　　　　

システムⅠにおいて、分離機入り口では製品 B が 120mol・h^-1 のはずです。すると、前段階における反応器の反応率が 60% なので、反応器入り口で 200mol・h^-1 入っていたとわかります。すると、反応器 時点で A 200 入っていて、出る時に A 80、B 120 になっていたのだから、分離器入り口での流量は 80 + 120 = 200 mol・h^-1　です。

同様に考えると、システムⅡにおいて、やはり反応器入り口で 200mol・h^-1 入っていたはずなので、反応器を出るところで A80,B120 になります。そして原料 A が 120 追加されるので、分離器入り口での流量は A200、B120 で、320 mol・h^-1 です。

以上より、正解は 3 です。

乾燥に関する次の記述の ㋐、㋑、㋒ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。

「ある含水固体材料を温度 t〔0 ℃〕、湿度 H〔0 kgー水蒸気・（kgー乾燥空気）^-1〕の熱風で乾燥する。この材料の乾燥固体質量基準の含水率 w〔kgー水・（kgー乾量）^-1〕は、乾燥時i〔s〕に対して図A のように変化し、その過程は図中の Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ の期間に分けられる。このとき含水率 w の変化と乾燥固体質量基準の乾燥速度 dw/dθ 〔kgー水・（kgー乾量）^-1・s^-1〕の関係、すなわち乾燥特性曲線は、図 B、C のうちでは、 ㋐となる。

乾燥速度が一定である期間 Ⅱ では、材料の温度は ㋑。また、この期間では ㋒ の関係が成り立つ。ここで、kH〔kg・m^-2・s^-1〕は湿度差を推進力とする物質移動係数、tm〔℃〕は材料の温度、Hm〔kgー水蒸気・（kgー乾燥空気）^-1〕は tm における飽和湿度、h〔kJ・m^-2・s^-1・K^-1〕は空気－水間の伝熱係数、λm〔kJ・kg^-1〕は tm における水の蒸発潜熱である。」

　解 説　　　　　

㋐ ですが
曲線の傾きは dw/dθ は負なので、ーdw/dθ は正です。そして、図 A においてⅠの部分の傾きは「だんだん急」になっているため、ーdw/dθ はだんだん増加のはずです。よって、㋐ は 図 B です。正解は 1~3 です。

㋑ ですが
図 A のⅡの部分は「定率乾燥期間」です。材料内部の水分が表面に十分補給され、材料が水膜に覆われているような状況です。乾湿温度計における、熱風に対する湿球温度が保たれます。正解は 1 or 2 です。

㋒ ですが
定率乾燥期間においては、流入熱量＝蒸発潜熱です。

以上より、正解は 1 です。

気体の溶解に関する次の記述の ㋐、㋑、㋒ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。

「ある混合気体中の微量成分A が定常状態で水に溶解している過程を考える。成分A の物質量流束 N_A は、流体本体と気液界面の濃度差を移動の推進力として
N_A = k_x（x_Ai – x_A）= k_y （y_A – y_AA）　で表される。ここで、k_x、k_y は、それぞれ液相及び気相の物質移動係数、x_A、y_A はそれぞれ液相本体及び気相本体における A の濃度、x_Ai、y_Ai はそれぞれ液相側の界面及び気相側の界面における A の濃度である。

また、気液界面では平衡が成り立ち、xAi、yAi は、yAi= mxAi の関係にある。ここで、m はヘンリー定数である。平衡状態との差を移動の推進力として考えると、N_A は
N_A = K_x(x_A*ーx_A)=K_y(y_A – y_A*)
で表される。ここで、y_A＊ は x_A と平衡状態にある気相濃度（y_A＊= mx_A）、x_A＊ は y_A と平衡状態にある液相濃度 (x_A* = y_A/m) 、K_y、K_x はそれぞれ気相基準及び液相基準の総括物質移動係数である。

これらの関係より 1/K_y、1/K_x は、
1/K_y = ㋐
1/K_x = 1/mk_y + 1/k_xとなる。

溶解度が十分小さい系では、物質移動は ㋑ 支配となる。このとき溶解速度は、気相本体の撹拌により、 ㋒。」

　解 説　　　　　

㋐ ですが
N_A = K_x(x_A*ーx_A)=K_y(y_A – y_A*) の右２つの式を抜き出します。
K_x(x_A*ーx_A)=K_y(y_A – y_A*)　です。ここに、x_A* = y_A/m、y_A＊= mx_A　を代入します。

選択肢を見れば
1/K_y = 1/k_y + m/k_x であれば、分母側に m をかけると、問題文に与えられている 1/Kx の右辺の形になります。よって、正解は 1 ~ 3 です。

㋑、㋒ ですが
溶解度が高い＝気体がすいすい液体に入るということです。この場合、液相抵抗は問題にならないと考えられます。逆に溶解度が十分小さい系では、液相抵抗が支配的になり、このような時に気相をいくら撹拌しようと、溶解速度はほぼ変化しないと考えられます。㋑ は「液相抵抗」、㋒ は「変化しない」です。

以上より、正解は 3 です。

A → B で表される液相 1 次反応を、容積 5.00 m³ の連続槽型反応器で行う。原料成分 A の濃度を C_A、反応速度を r とすると、r =kC_A であり、k =2.00 × 10^-4 s^-1 である。また、原料の体積流量 v₀ は一定で v₀ =5.00 m³・h^-1 である。このときの A の反応率はおよそいくらか。

1． 37 ％
2． 42 ％
3． 47 ％
4． 52 ％
5． 57 ％

　解 説　　　　　

連続槽型なので、空間時間 τ = 容積 V/体積流量 v₀ を求めておきます。空間時間は 1 です。この時、反応係数 k とすると、残存率 η = 1/(1+kτ) です。

単位を合わせるために、k を時間あたりになおします。2.00 × 10^-4/s = 7.2 × 10^-1/h です。

η = 1/(1+0.72 × 1) ≒ 0.58 です。これは残存率なので、反応率は、１－残存率です。つまり、反応率は 1 – 0.58 ≒ 0.42 です。

以上より、正解は 2 です。